Для нужд строительства частного жилого дома или дачи домашнему мастеру может понадобиться автономный источник электрической энергии, который можно купить в магазине или собрать своими руками из доступных деталей.
Самодельный генератор способен работать от энергии бензинового, газового или дизельного топлива. Для этого его надо подключить к двигателю через амортизирующую муфту, обеспечивающую плавность вращения ротора.
Если позволяют местные природные условия, например, дуют частые ветры или близко расположен источник проточной воды, то можно создать ветряную или гидравлическую турбину и подключить ее к асинхронному трехфазному двигателю для выработки электроэнергии.
За счет подобного устройства у вас будет постоянно работающий альтернативный источник электричества. Он снизить потребление энергии от государственных сетей и позволить экономить на ее оплате.
В отдельных случаях допустимо использовать однофазное напряжение для вращения электрического двигателя и передачи им крутящего момента на самодельный генератор для создания собственной трехфазной симметричной сети.
Как подобрать асинхронный двигатель для генератора по конструкции и характеристикам
Технологические особенности
Основу самодельного генератора составляет асинхронный электродвигатель трехфазного тока с:
- фазным;
- или короткозамкнутым ротором.
Устройство статора
Магнитопроводы статора и ротора изготавливают из изолированных пластин электротехнической стали, в которых созданы пазы для размещения проводов обмотки.
Три отдельные обмотки статора могут быть соединены на заводе по схеме:
- звезды;
- или треугольника.
Их выводы подключают внутри клеммной коробки и соединяют перемычками. Сюда же монтируют кабель питания.
В отдельных случаях может выполняться подключение проводов и кабеля другими способами.
К каждой фазе асинхронного двигателя подводятся симметричные напряжения, сдвинутые по углу на треть окружности. Они формируют токи в обмотках.
Эти величины удобно выражать в векторной форме.
Особенности конструкции роторов
Двигатели с фазным ротором
Их снабжают обмоткой, выполненной по образцу статорной, а выводы от каждой соединяют с контактными кольцами, которые обеспечивают электрический контакт со схемой запуска и регулировки через прижимные щетки.
Такая конструкция довольно сложная в изготовлении, дорогая по стоимости. Она требует периодического наблюдения за работой и квалифицированного обслуживания. По этим причинам для самодельного генератора применять ее в таком исполнении нет смысла.
Однако, если имеется подобный двигатель и ему нет другого применения, то можно выводы каждой обмотки (те концы, которые подключаются к кольцам) закоротить между собой. Таким способом фазный ротор превратится в короткозамкнутый. Его можно подключать по любой рассматриваемой ниже схеме.
Двигатели с короткозамкнутым ротором
Внутри пазов магнитопровода ротора залит алюминий. Обмотка выполнена в виде вращающейся беличьей клетки (за что и получила такое дополнительное название) с замкнутыми накоротко по концам кольцами-перемычками.
Это самая простая схема двигателя, которая лишена подвижных контактов. За счет этого она длительно работает без вмешательства электриков, отличается повышенной надежностью. Ее и рекомендуется применять для создания самодельного генератора.
Обозначения на корпусе двигателя
Чтобы самодельный генератор надежно работал необходимо обращать внимание на:
- , характеризующий качество защиты корпуса от воздействий внешней среды;
- мощность потребления;
- число оборотов;
- схему соединения обмоток;
- допустимые токи нагрузок;
- КПД и косинус φ.
Принцип работы асинхронного двигателя в качестве генератора
В основу его воплощения заложен метод обратимости электрической машины. Если у отключенного от напряжения сети двигателя начать принудительно вращать ротор с расчетной скоростью, то в обмотке статора будет наводиться ЭДС за счет наличия остаточной энергии магнитного поля.
Остается только подключить к обмоткам конденсаторную батарею соответствующего номинала и по ним станет протекать емкостной опережающий ток, имеющий характер намагничивающего.
Чтобы происходило самовозбуждение генератора, а на обмотках формировалась симметричная система трехфазных напряжений, необходимо подобрать емкость конденсаторов, большую определенной, критической величины. Кроме ее значения на выходную мощность, естественно, влияет конструкция двигателя.
Для нормальной выработки трехфазной энергии с частотой 50 Гц необходимо поддерживать скорость вращения ротора, превышающую асинхронную составляющую на величину скольжения S, которая лежит в пределах S=2÷10%. Ее требуется поддерживать на уровне синхронной частоты.
Отход синусоиды от стандартного значения по частоте отрицательно повлияет на работу оборудования с электрическими двигателями: пилами, рубанками, различными станками и трансформаторами. На резистивных нагрузках с ТЭН и лампами накаливания это практически не сказывается.
Электрические схемы подключения
На практике используются все распространенные способы соединения обмоток статора асинхронного двигателя. Выбирая одну из них создают различные условия для работы оборудования и вырабатывают напряжение определённых значений.
Схемы звезды
Популярный вариант подключения конденсаторов
Схема подключения асинхронного двигателя с обмотками, соединенными звездой, для работы в качестве генератора трехфазной сети имеет стандартный вид.
Схема асинхронного генератора с подключением конденсаторов к двум обмоткам
Этот вариант довольно популярен. Он позволяет питать от двух обмоток три группы потребителей:
- две напряжением 220 вольт;
- одну - 380.
Рабочий и пусковой конденсаторы подключаются в схему отдельными выключателями.
На основе этой же схемы можно создать самодельный генератор с подключением конденсаторов к одной обмотке асинхронного двигателя.
Схема треугольника
При сборке обмоток статора по схеме звезды генератор будет выдавать трехфазное напряжение 380 вольт. Если осуществить их переключение на треугольник, то - 220.
Приведенные выше на картинках три схемы являются базовыми, но не единственными. На их основе могут создаваться другие способы подключения.
Как рассчитать характеристики генератора по мощности двигателя и емкости конденсаторов
Для создания нормальных условий работы электрической машины необходимо соблюсти равенство ее номинального напряжения и мощности в режимах генератора и электродвигателя.
С этой целью подбирают емкость конденсаторов с учетом вырабатываемой ими реактивной мощности Q при различных нагрузках. Ее величину рассчитывают по выражению:
Q=2π∙f∙C∙U 2
Из этой формулы, зная мощность двигателя, для обеспечения полной нагрузки можно рассчитать емкость батареи конденсаторов:
С=Q/2π∙f∙U 2
Однако, следует учесть режим работы генератора. На холостом ходу конденсаторы станут излишне нагружать обмотки и нагревать их. Это приводит к большим потерям энергии, перегреву конструкции.
Для устранения подобного явления конденсаторы подключают ступенчато, определяя их количество в зависимости от приложенной нагрузки. Чтобы упростить подбор конденсаторов для запуска асинхронного двигателя в режиме генератора, создана специальная таблица.
| Мощность генератора (кВА) | Режим полной нагрузки | Режим холостого хода | ||||
| cos φ=0.8 | cos φ=1 | Q (кВАр) | С (мкф) | |||
| Q (кВАр) | С (мкф) | Q (кВАр) | С (мкф) | |||
| 15 | 15,5 | 342 | 7,8 | 172 | 5,44 | 120 |
| 10 | 11,1 | 245 | 5,9 | 130 | 4,18 | 92 |
| 7 | 8,25 | 182 | 4,44 | 98 | 3,36 | 74 |
| 5 | 6,25 | 138 | 3,4 | 75 | 2,72 | 60 |
| 3,5 | 4,53 | 100 | 2,54 | 56 | 2,04 | 45 |
| 2 | 2,72 | 60 | 1,63 | 36 | 1,27 | 28 |
Для использования в составе емкостной батареи хорошо подходят пусковые конденсаторы серии K78-17 и им подобные с рабочим напряжением от 400 вольт и больше. Вполне допустимо заменить их металлобумажными аналогами с соответствующими номиналами. Собирать их придется параллельным подключением.
Использовать модели электролитических конденсаторов для работы в цепях асинхронного самодельного генератора не стоит. Они предназначены для цепей постоянного тока, а при прохождении синусоиды, меняющейся по направлению, быстро выходят из строя.
Существует специальная схема их подключения для подобных целей, когда каждая полуволна направляется диодами на свою сборку. Но она довольно сложная.
Конструктивное исполнение
Автономное устройство электростанции должно в полной мере обеспечивать работающего оборудования и выполняться единым модулем, включающим навесной электрощит с приборами:
- измерения - вольтметром до 500 вольт и частотомером;
- коммутации нагрузок - три выключателя (один общий подает напряжение от генератора на схему потребителей, а два остальных осуществляют подключения конденсаторов);
- защит - , устраняющим последствия возникновения коротких замыканий или перегрузок и ), спасающее работников от пробоя изоляции и попадания потенциала фазы на корпус.
Резервирование основной схемы питания
Создавая самодельный генератор необходимо предусмотреть его совместимость со схемой заземления рабочего оборудования, а при автономной работе – надежно подключать к .
Если электростанция создается для резервного питания приборов, работающих от государственной сети, то использовать ее следует при отключении напряжения с линии, а при восстановлении - останавливать. С этой целью достаточно установить рубильник, управляющий всеми фазами одновременно или подключить сложную систему автоматики включения резервного питания.
Выбор напряжения
Схема на 380 вольт обладает повышенной опасностью поражения человека. Ее используют в крайних случаях, когда фазной величиной на 220 обойтись нет возможности.
Перегрузки генератора
Такие режимы создают излишний нагрев обмоток с последующим разрушением изоляции. Они возникают при превышении токов, проходящих по обмоткам из-за:
- неправильного подбора емкости конденсаторов;
- подключения потребителей повышенной мощности.
В первом случае необходимо тщательно следить за тепловым режимом во время холостого хода. При излишнем нагреве требуется корректировать емкость конденсаторов.
Особенности подключения потребителей
Общая мощность трехфазного генератора состоит из трех частей, вырабатываемых в каждой фазе, которая составляет 1/3 от общей. Ток, проходящий по одной обмотке, не должен превышать номинальную величину. Это надо учитывать при подключении потребителей, распределять их равномерно по фазам.
Когда самодельный генератор создан для работы от двух фаз, то он не может безопасно выработать электроэнергии больше, чем на 2/3 от общей величины, а если задействована всего одна фаза, то - только 1/3.
Контроль частоты
Следить за этим показателем позволяет частотомер. Когда его в конструкцию самодельного генератора не установили, то можно пользоваться косвенным методом: на холостом ходу выходное напряжение превышает номинальное 380/220 на 4÷6% при частоте 50 Гц.
Один из вариантов изготовления самодельного генератора из асинхронного двигателя и его возможности показывают в своем видеоролике владельцы канала Мария с Александром Костенко.
(13 голосов, в среднем: 4.5 из 5)
Для питания бытовых устройств и промышленного оборудования необходим источник электроэнергии. Выработать электрический ток возможно несколькими способами. Но наиболее перспективным и экономически выгодным, на сегодняшний день, является генерация тока электрическими машинами. Самым простым в изготовлении, дешёвым и надёжным в эксплуатации оказался асинхронный генератор, вырабатывающий львиную долю потребляемой нами электроэнергии.
Применение электрических машин этого типа продиктовано их преимуществами. Асинхронные электрогенераторы, в отличие от , обеспечивают:
- более высокую степень надёжности;
- длительный срок эксплуатации;
- экономичность;
- минимальные затраты на обслуживание.
Эти и другие свойства асинхронных генераторов заложены в их конструкции.
Устройство и принцип работы
Главными рабочими частями асинхронного генератора является ротор (подвижная деталь) и статор (неподвижный). На рисунке 1 ротор расположен справа, а статор слева. Обратите внимание на устройство ротора. На нём не видно обмоток из медной проволоки. На самом деле обмотки существуют, но они состоят из алюминиевых стержней короткозамкнутых на кольца, расположенные с двух сторон. На фото стержни видны в виде косых линий.
Конструкция короткозамкнутых обмоток образует, так называемую, «беличью клетку». Пространство внутри этой клетки заполнено стальными пластинами. Если быть точным, то алюминиевые стержни впрессовываются в пазы, проделанные в сердечнике ротора.
Рис. 1. Ротор и статор асинхронного генератора
Асинхронная машина, устройство которой описано выше, называется генератором с короткозамкнутым ротором. Тот, кто знаком с конструкцией асинхронного электродвигателя наверняка заметил схожесть в строении этих двух машин. По сути дела они ничем не отличаются, так как асинхронный генератор и короткозамкнутый электродвигатель практически идентичны, за исключением дополнительных конденсаторов возбуждения, используемых в генераторном режиме.
Ротор расположен на валу, который сидит на подшипниках, зажимаемых с двух сторон крышками. Вся конструкция защищена металлическим корпусом. Генераторы средней и большой мощности требуют охлаждения, поэтому на валу дополнительно устанавливается вентилятор, а сам корпус делают ребристым (см. рис. 2).
Рис. 2. Асинхронный генератор в сборе
Принцип действия
По определению, генератором является устройство, преобразующее механическую энергию в электрический ток. При этом не имеет значения, какая энергия используется для вращения ротора: ветровая, потенциальная энергия воды или же внутренняя энергия, преобразуемая турбиной либо ДВС в механическую.
В результате вращения ротора магнитные силовые линии, образованные остаточной намагниченностью стальных пластин, пересекают обмотки статора. В катушках образуется ЭДС, которая, при подсоединении активных нагрузок, приводит к образованию тока в их цепях.
При этом важно, чтобы синхронная скорость вращения вала немного (примерно на 2 – 10%) превышала синхронную частоту переменного тока (задаётся количеством полюсов статора). Другими словами, необходимо обеспечить асинхронность (несовпадение) частоты вращения на величину скольжения ротора.
Следует заметить, что полученный таким образом ток будет небольшим. Чтобы повысить выходную мощность необходимо увеличить магнитную индукцию. Добиваются повышения КПД устройства путём подключения конденсаторов к выводам катушек статора.
На рисунке 3 изображена схема сварочного асинхронного альтернатора с конденсаторным возбуждением (левая часть схемы). Обратите внимание на то, что конденсаторы возбуждения подключены по схеме треугольника. Правая часть рисунка – собственно схема самого инверторного сварочного аппарата.
Рис. 3. Схема сварочного асинхронного генератора
Существуют и другие, более сложные схемы возбуждения, например, с применением катушек индуктивности и батареи конденсаторов. Пример такой схемы показан на рисунке 4.
Рисунок 4. Схема устройства с индуктивностями
Отличие от синхронного генератора
Главное отличие синхронного альтернатора от асинхронного генератора в конструкции ротора. В синхронной машине ротор состоит из проволочных обмоток. Для создания магнитной индукции используется автономный источник питания (часто дополнительный маломощный генератор постоянного тока, расположенный на одной оси с ротором).
Преимущество синхронного генератора в том, что он генерирует более качественный ток и легко синхронизируется с другими альтернаторами подобного типа. Однако синхронные альтернаторы более чувствительны к перегрузкам и КЗ. Они дороже от своих асинхронных собратьев и требовательнее в обслуживании – необходимо следить за состоянием щёток.
Коэффициент гармоник или клирфактор асинхронных генераторов ниже, чем у синхронных альтернаторов. То есть они вырабатывают практически чистую электроэнергию. На таких токах устойчивее работают:
- регулируемые зарядные устройства;
- современные телевизионные приёмники.
Асинхронные генераторы обеспечивают уверенный запуск электромоторов, требующих больших пусковых токов. По этому показателю они, фактически, не уступают синхронным машинам. У них меньше реактивных нагрузок, что положительно сказывается на тепловом режиме, так как меньше энергии расходуется на реактивную мощность. У асинхронного альтернатора лучшая стабильность выходной частоты на разных скоростях вращения ротора.
Классификация
Генераторы короткозамкнутого типа получили наибольшее распространение, ввиду простоты их конструкции. Однако существуют и другие типы асинхронных машин: альтернаторы с фазным ротором и устройства, с применением постоянных магнитов, образующих цепь возбуждения.
На рисунке 5 для сравнения показаны два типа генераторов: слева на базе , а справа – асинхронная машина на базе АД с фазным ротором. Даже при беглом взгляде на схематические изображения видно усложнённую конструкцию фазного ротора. Привлекает внимание наличие контактных колец (4) и механизма щёткодержателей (5). Цифрой 3 обозначены пазы для проволочной обмотки, на которую необходимо подать ток для её возбуждения.
Рис. 5. Типы асинхронных генераторов
Наличие обмоток возбуждения в роторе асинхронного генератора повышает качество генерируемого электрического тока, однако при этом теряются такие достоинства как простота и надёжность. Поэтому такие устройства используются в качестве источника автономного питания только в тех сферах, где без них трудно обойтись. Постоянные магниты в роторах применяют в основном для производства маломощных генераторов.
Область применения
Наиболее часто встречается применение генераторных установок с короткозамкнутым ротором. Они недорогие, практически не нуждаются в обслуживании. Устройства, оборудованные пусковыми конденсаторами, обладают приличными показателями КПД.
Асинхронные альтернаторы часто используют в качестве автономного или резервного источника питания. С ними работают , их используют для мощных мобильных и .
Альтернаторы с трёхфазной обмоткой уверенно запускают трехфазный электродвигатель, поэтому часто используются в промышленных энергоустановках. Они также могут питать оборудование в однофазных сетях. Двухфазный режим позволяет экономить топливо ДВС, так как незадействованные обмотки находятся в режиме холостого хода.
Сфера применения довольно обширная:
- транспортная промышленность;
- сельское хозяйство;
- бытовая сфера;
- медицинские учреждения;
Асинхронные альтернаторы удобны для сооружения локальных ветровых и гидравлических электростанций.
Асинхронный генератор своими руками
Оговоримся сразу: речь пойдёт не об изготовлении генератора с нуля, а о переделывании асинхронного двигателя в альтернатор. Некоторые умельцы используют готовый статор от мотора и экспериментируют с ротором. Идея состоит в том, чтобы с помощью неодимовых магнитов сделать полюса ротора. Примерно так может выглядеть заготовка с наклеенными магнитиками (см. рис. 6):
Рис. 6. Заготовка с наклеенными магнитами
Вы наклеиваете магниты на специально выточенную заготовку, посаженную на валу электродвигателя, соблюдая их полярность и угол сдвига. Для этого потребуется не менее 128 магнитиков.
Готовую конструкцию необходимо подогнать к статору и при этом обеспечить минимальный зазор между зубцами и магнитными полюсами изготовленного ротора. Поскольку магнитики плоские, придётся их шлифовать или обтачивать, при этом постоянно охлаждая конструкцию, так как неодим теряет свои магнитные свойства при высокой температуре. Если вы сделаете всё правильно – генератор заработает.
Проблема состоит в том, что в кустарных условиях очень сложно изготовить идеальный ротор. Но если у вас есть токарный станок и вы готовы потратить несколько недель на подгонку и доработки – можете поэкспериментировать.
Я предлагаю более практичный вариант – превращение асинхронного двигателя в генератор (смотрите видео ниже). Для этого вам понадобится электромотор с подходящей мощностью и приемлемой частотой вращения ротора. Мощность двигателя должна быть минимум на 50% выше от требуемой мощности альтернатора. Если такой электромотор есть в вашем распоряжении – приступайте к переработке. В противном случае лучше купить готовый генератор.
Для переработки вам потребуется 3 конденсатора марки КБГ-МН, МБГО, МБГТ (можно брать другие марки, но не электролитические). Конденсаторы подбирайте на напряжение не менее 600 В (для трёхфазного двигателя). Реактивная мощность генератора Q связанная с емкостью конденсатора следующей зависимостью: Q = 0,314·U 2 ·C·10 -6 .
При увеличении нагрузки возрастает реактивная мощность, а значит, для поддержания стабильного напряжения U необходимо увеличивать ёмкость конденсаторов, добавляя новые ёмкости путём коммутации.
Видео: делаем асинхронный генератор из однофазного двигателя – Часть 1
Часть 2
На практике, обычно выбирают среднее значение, предполагая, что нагрузка не будет максимальной.
Подобрав параметры конденсаторов, подключите их к выводам обмоток статора так, как показано на схеме (рис. 7). Генератор готов.
Рис. 7. Схема подключения конденсаторов
Асинхронный генератор не требует особого ухода. Его обслуживание заключается в контроле состояния подшипников. На номинальных режимах устройство способно работать годами без вмешательства оператора.
Слабое звено – конденсаторы. Они могут выходить из строя, особенно тогда, когда их номиналы неправильно подобраны.
При работе генератор нагревается. Если вы часто подключаете повышенные нагрузки – следите за температурой устройства или позаботьтесь о дополнительном охлаждении.
В электротехнике существует так называемый принцип обратимости: любое устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую, может делать и обратную работу. На нем основан принцип действия электрических генераторов, вращение роторов которых вызывает появление электрического тока в обмотках статора.
Теоретически можно переделать и использовать любой асинхронный двигатель в качестве генератора, но для этого надо, во-первых, понять физический принцип, а во-вторых, создать условия, обеспечивающие это превращение.
Вращающееся магнитное поле – основа схемы генератора из асинхронного двигателя
В электрической машине, изначально создающейся как генератор, существуют две активные обмотки: возбуждения, размещенная на якоре, и статорная, в которой и возникает электрический ток. Принцип её работы основан на эффекте электромагнитной индукции: вращающееся магнитное поле порождает в обмотке, которая находится под его воздействием, электрический ток.
Магнитное поле возникает в обмотке якоря от напряжения, обычно подаваемого с , ну а его вращение обеспечивает любое физическое устройство, хотя бы и ваша личная мускульная сила.
Конструкция электродвигателя с короткозамкнутым ротором (это 90 процентов всех исполнительных электрических машин) не предусматривает возможности подачи питающего напряжения на обмотку якоря.
Поэтому, сколько бы вы ни вращали вал двигателя, на его питающих клеммах электрического тока не возникнет.
Тем, кто хочет заняться переделкой в генератор, надо создавать вращающееся магнитное поле самостоятельно.
Создаем предусловия для переделки
Двигатели, работающие от переменного тока, называют асинхронными. Все потому, что вращающееся магнитное поле статора чуть опережает скорость вращения ротора, оно как бы тянет его за собой.
Используя тот же принцип обратимости, приходим к выводу, что для начала генерации электрического тока вращающееся магнитное поле статора должно отставать от ротора или даже быть противоположным по направлению. Создать вращающееся магнитное поле, которое отстает от вращения ротора или противоположно ему, можно двумя способами.
Затормозить его реактивной нагрузкой . Для этого в цепь питания электродвигателя, работающего в обычном режиме (не генерации), надо включить, например, мощную конденсаторную батарею. Она способна накапливать реактивную составляющую электрического тока – магнитную энергию. Этим свойством в последнее время широко пользуются те, кто хочет сэкономить киловатт-часы.
Если быть точным, то фактической экономии электроэнергии не происходит, просто потребитель немного обманывает электросчетчик на законной основе.
Накопленный конденсаторной батареей заряд находится в противофазе с тем, что создается питающим напряжением и «подтормаживает» его. В результате электродвигатель начинает генерировать ток и отдавать его обратно в сеть.
Использование высокомощных моторов в домашних условиях при наличии исключительно однофазной сети требует определенных знаний в том, .
Для одновременного подключения потребителей электроэнергии к трех фазам служит специальное электромеханическое устройство — магнитный пускатель, об особенностях правильной установки которых можно прочитать .
На практике этот эффект применяется в транспорте на электрической тяге. Как только электровоз, трамвай или троллейбус идут под уклон, к цепи питания тягового электродвигателя подключается конденсаторная батарея и происходит отдача электрической энергии в сеть (не верьте тем, кто утверждает, что электротранспорт дорог, он почти на 25 процентов обеспечивает энергией сам себя).
Такой способ получения электрической энергии не есть чистая генерация. Чтобы перевести работу асинхронного двигателя в режим генератора, надо использовать метод самовозбуждения.
Самовозбуждение асинхронного двигателя и переход его в режим генерации может возникнуть из-за наличия в якоре (роторе) остаточного магнитного поля. Оно очень мало, но способно породить ЭДС, заряжающее конденсатор. После возникновения эффекта самовозбуждения конденсаторная батарея подпитывается от произведенного электрического тока и процесс генерации становится непрерывным.
Секреты изготовления генератора из асинхронного двигателя
Чтобы превратить электромотор в генератор надо использовать неполярные конденсаторные батареи. Электролитические конденсаторы для этого не годятся. В трехфазных двигателях конденсаторы включаются «звездой» позволяет начать генерацию на меньших оборотах ротора, но величина напряжения на выходе будет несколько ниже, чем при соединении «треугольником».
Также можно сделать генератор из однофазного асинхронного двигателя. Но для этого годятся лишь те, которые имеют короткозамкнутый ротор, а для запуска используют фазосдвигающий конденсатор. Коллекторные однофазные двигатели для переделки в не годятся.
Поэтому домашний мастер должен исходить из простого соображения: общий вес конденсаторной батареи должен быть равен или немного превышать вес самого электродвигателя.
На практике это приводит к тому, что создать достаточно мощный асинхронный генератор почти невозможно, поскольку чем меньше номинальные обороты двигателя, тем он больше весит.
Оцениваем уровень эффективности — выгодно ли это?
Как видите, заставить электродвигатель генерировать ток можно не только в теоретических измышлениях. Теперь надо разобраться, насколько оправданы усилия по «изменению пола» электрической машины.
Во многих теоретических изданиях главным преимуществом асинхронных представляют их простоту. Честно говоря, это лукавство. Устройство двигателя ничуть не проще устройства синхронного генератора. Конечно, в асинхронном генераторе нет электрической цепи возбуждения, но она заменена на конденсаторную батарею, которая сама по себе является сложным техническим устройством.
Зато конденсаторы не надо обслуживать, а энергию они получают как бы даром – сначала от остаточного магнитного поля ротора, а потом – от вырабатываемого электрического тока. Вот в этом и есть главный, да и практически единственный плюс асинхронных генераторных машин – их можно не обслуживать.
Еще одним преимуществом таких электрических машин является то, что генерируемый ими ток почти лишен высших гармоник. Этот эффект называется «клирфактор». Для людей далеких от теории электротехники его можно объяснить так: чем ниже клирфактор, тем меньше тратится электроэнергии на бесполезный нагрев, магнитные поля и прочее электротехническое «безобразие».
У генераторов из трехфазного асинхронного двигателя клирфактор обычно находится в пределах 2%, когда традиционные синхронные машины выдают минимум 15. Однако учет клирфактора в бытовых условиях, когда к сети подключены разные типы электроприборов (стиральные машины имеют большую индуктивную нагрузку), практически невозможен.
Все остальные свойства асинхронных генераторов являются отрицательными. К ним относится, например, практическая невозможность обеспечить номинальную промышленную частоту вырабатываемого тока. Поэтому их почти всегда сопрягают с выпрямительными устройствами и используют для зарядки аккумуляторных батарей.
Кроме того, такие электрические машины очень чувствительны к перепадам нагрузки. Если в традиционных генераторах для возбуждения используется аккумулятор, имеющий большой запас электрической мощности, то конденсаторная батарея сама забирает из вырабатываемого тока часть энергии.
Если нагрузка на самодельный генератор из асинхронного двигателя превышает номинал, то ей не хватит электричества для подзарядки и генерация прекратится. Иногда используют емкостные батареи, объем которых динамически меняется в зависимости от величины нагрузки.
Однако при этом полностью теряется преимущество «простоты схемы».
Нестабильность частоты вырабатываемого тока, изменения которой почти всегда носят случайный характер, не поддаются научному объяснению, а потому не могут быть учтены и компенсированы, предопределило малую распространенность асинхронных генераторов в быту и народном хозяйстве.
Функционирование асинхронного двигателя как генератора на видео
Для того чтобы асинхронный двигатель стал генератором переменного тока надо чтобы внутри него образовывалось магнитное поле, это можно сделать путём размещения на роторе двигателя постоянных магнитов. Вся переделка и простая и сложная одновременно.
Сначало надо подобрать подходящий двигатель, который наиболее подойдёт для работы в качестве низкооборотистого генератора. Это многополюсные асинхронные двигатели, хорошо подходят 6-ти и 8-ми полюсные, низкооборотистые двигатели, с максимальными оборотами в режиме двигателя не более 1350об/м. Такие двигатели имеют наибольшее количество полюсов и зубцов на статоре.
Далее нужно разобрать двигатель и извлечь якорь-ротор, который надо сточить на станке до опредлённых размеров под наклеивание магнитов. Магниты неодимые, обычно клеят маленькие круглые магнитики. Сейчас я попробую расказать как и сколько магнитов клеить.
Для начала нужно узнать сколько у вашего мотора полюсов, но по обмотке это понять достаточно трудно без соответствующего опыта, поэтому количество полюсов лучше прочитать на маркировке двигателя, если она конечно имеется, хотя в большенстве случаев она имеется. Ниже приведён пример маркировки двигателя и расшифровка маркировки.
По марке двигателя. Для 3х фазных: Тип двигателя Мощность, кВт Напряжение, В Частота вращения, (синх.), об/мин КПД, % Масса, кг
Например: ДАФ3 400-6-10 УХЛ1 400 6000 600 93,7 4580 Расшифровка обозначения двигателя: Д - двигатель; А - асинхронный; Ф - с фазным ротором; 3 - закрытое исполнение; 400 - мощность, кВт; б - напряжение, кВ; 10 - число полюсов; УХЛ - климатическое исполнение; 1 - категория размещения.
Бывает так, что двигатели не нашего производства как на фото выше, и маркировка непонятна, или маркировка просто не читаема. Тогда остаётся один метод, это посчитать сколько у вас зубцов на статоре и сколько зубцов занимает одна катушка. Если наприер катушка занимает 4 зубца, а их всего 24, то ваш мотор шестиполюсной.
Количество полюсов статора нужно знать для того, чтобы определиться с количеством полюсов при наклейке магнитов на ротор. Это количество обычно равное, то-есть если полюсов статора 6, то и магниты надо клееть с чередованием полюсов в количестве 6, SNSNSN.
Теперь, когда число полюсов известно надо рассчитать число магнитов для ротора. Для этого надо выссчитать длинну оружности ротора, по простой формуле 2nR где n=3,14. Тоесть 3,14 умножаем на 2 и на радис ротора, получается длинна окружности. Длее замеряем свой ротор по длинне железа, которое в алюминиевой оправке. После можно нарисовать полученную полосу с длинной и шириной, можно на компьютере и потом распечатать.
Терерь нужно определится с толщиной магнитов, она примерно равна 10-15% от диаметра ротора, например если ротор 60мм, то магниты нужны толщиной 5-7мм. Для этого магниты покупают обычно круглые. Если ротор примерно 6см вдиаметре, то магниты можно высотой 6-10 мм. Определившись какие магниты использовать, на шаблоне длинна которой равна длинне окрушности
Пример рассчёта магнитов для ротора, например диаметр ротора 60см, высчитываем длинну окружности =188см. Делим длинну на количество полюсов, в данном случае на 6, и получаем 6 секций, в каждой секции магниты вклеиваются одинаковым полюсом. Но это ещё не всё. Терепь надо высчитать сколько магнитов войдёт в один полюс, чтобы их ровно распределить по полюсу. Например ширина круглого магнита 1см,расстояние между магнитами около 2-3мм, значит 10мм +3=13мм.
Длинну окружности делим на 6 частей=31мм, это ширина одного полюса по длинне окружности ротора, а ширина полюса по железу, дапустим 60мм. Значит получается площаадь полюса 60 на 31 мм. Это получается 8 в 2 ряда магнитов на полюс с расстоянием между собой 5мм. В этом случае надо пересчитать количество магнитов, чтобы они как можно плотнее уместились на полюсе.
Сдесь пример на магнитах шириной 10мм, поэтому получается расстояние между ними 5мм. Если уменьшить диаметр магнитов например в 2 раза, то-есть 5мм, то они более плотно заполнят полюс вследствие чего увеличится магнитное поле от большего каличества общей массы магнитом. Таких магнитов(5мм) поместится уже 5 рядов, а в длинну 10, то-есть 50 магнитов на полюс, и общее количество на ротор 300шт.
Для того чтобы уменьшить залипание шаблон нужно разметить так, чтобы смещение магнитов при наклейке было на ширину одного магнита, если ширина магнита 5мм, то и смещение на 5мм.
Теперь когда с магнитами опрделились нужно проточить ротор, чтобы поместились магниты. Если высота магнитов 6мм, то стачивается диамет на 12+1мм, 1мм это запас на кривезну рук. Магниты можно разместить на роторе двумя способами.
Первый способ это предвартельно делается оправка, в которой сврлятся отверстия под магниты по шаблону, после оправка одевается на ротор, и магниты вклеиваются в просверленые отверстия. На роторе после проточки нужно дополнительно сточить на глубину равную высоте магнитов разделительный алюминиевые полоски между железом. А полученные бороздки заполнить отожжоными опилками смешаные с эпоксидным клеем. Это значительно уведличит эффективность, опилки будут служить дополнительным магнитопроводом между железом ротора. Выборку можно сделать отрезной машинкой или на станке.
Оправка для наклейки магнитов делается так, проточеный вал оборачивают полеинтеленом, потом наматывают слой за слоем бинт, пропитанный эпоксидным клеем, после стачивают на станке под размер и снимают с ротора, наклеивают шоблон и сверлют отверстия под магниты.После девают оправку обратно на ротор и наклеивают магниты Клеют обычно на эпоксидный клей Ниже на фото два примера наклейки агнитов, первый пример на 2-х фотоэто наклейка магнитов с помощъю оправки, а второй на следующей странице прямо через шаблон.На первых двух фотографиях хорошо видно и я думаю понятно как клеются магниты.
>
>
На следующей странице продолжение.
С разбора CD-rom скопилось уже некоторое количество бесколлекторных двигателей постоянного тока (это те, что крутят диск). И место вроде много не занимают, но на глаза попадаются часто. Наконец принял решение, что надо уже как-то с ними определиться.
Итак, это бесколекторный двигатель постоянного тока, положение ротора в нём отслеживается тремя датчиками Холла, управляется при помощи микросхемы драйвера ВА6849FP (регулировка оборотов). В теории всё просто, а вот на практике впечатления могут зашкалить уже от одного обозрения платки на которой движок собственно и установлен.
Поэтому не стал вникать в назначение многочисленных выводов шлейфа, а просто взял и располовинил двигатель, и увидел его статор. Однако полный обзор печатной платы был по прежнему недосягаем. Осознав, что без жертв не обойтись, отпаял провода (3 штуки) идущие с обмоток статора на плату, а затем сложил - переломил вдвое плату вместе с металлической пластиной крепления.
Освобождённый статор плюхнулся на стол и опять же в позновательных целях был незамедлительно размотан. Теперь могу сообщить, что мотор имел три обмотки (фазы) соединённых методом «звезда», но вполне возможен вариант когда они могут быть соединены методом «дельта».
Схема сборки
Электродвигателя конечно не стало, но вместе с ним не стало и робости перед неизведанным, ибо и неизведанного теперь не было. На фото проводники образуют обмотки и заканчиваются выводами. Соединения обмоток отличаются, но электрическая сущность больших изменений не претерпевает. Относительно толстые провода обмоток статора навели на мысль, что с этого движка можно получить неплохой ток, будь он использован в качестве генератора, да ещё если и несколько вольт напряжения выдаст, то возможно «счастье»!
Остановился вот на такой схеме снятия с электродвигателя, впрочем, теперь уже генератора, вырабатываемого им электрического тока. Данная схема была собрана и опробована со следующими номиналами электронных компонентов: С1 - 100 мкФ х 16 В, все шесть диодов 1N5817.
Было бы интересно опробовать и такую схему, но пока «руки не дошли». Как более совершенный вариант - поставить на выход .
Для дальнейших действий был взят ещё один электродвигатель и приведён в должное состояние для подключения и крепления. Шестерёнки (зубчатая пара) с передаточным отношением 1:5 от китайского фонарика - «жучка».
Всё было смонтировано на подходящее основание. Важным в этой операции является правильно «взять» межцентровое расстояние зубчатых колёс и установить их оси вращения в единой пространственной плоскости.
Схема собрана, вновь обращённый генератор к тесту готов.
При интенсивном, но без мазохизма, вращении большого зубчатого колеса пальцами рук напряжение легко достигает отметки в 1,7 вольта (без нагрузки).
При подключении нагрузки, лампочки на 2,5 В и 150 мА, сила тока достигает 120 мА. Лампочка вспыхивает в пол накала.
Видео - работа под нагрузкой
Возьму на себя смелость заявить, что даже данный конкретный двигатель возможно использовать в качестве способного вырабатывать электрический ток в достаточном количестве для зарядки одного аккумулятора ААА напряжением 1,2 В и ёмкостью до 1000 мА включительно. Прошу обратить внимание на то фото, которое показывает монтаж шестерён на основании. На правую сторону большого зубчатого колеса так и «проситься» установка ещё одного моторчика. Кинематическая схема будет такой: одно ведущее колесо вращает два ведомых. Возможности удваиваются, реальным становиться собрать повышающий преобразователь и заряжать даже аккумуляторы мобильных телефонов. Вопросами добычи электричества занимался Babay .
Обсудить статью ГЕНЕРАТОР ИЗ ДВИГАТЕЛЯ СВОИМИ РУКАМИ
